一种荷正电微纳米纤维改性膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种荷正电微纳米纤维改性膜及其制备方法和应用，所述制备方法包括：将金属氧化物与高聚物混合配制成纺丝液，纺丝液通过静电纺丝过程制备出纤维改性膜后，将金属氧化物溶胶涂覆在纤维改性膜表面，得到所述荷正电微纳米纤维改性膜；本发明专利技术提供的荷正电微纳米纤维改性膜的制备方法，无需添加其它任何助剂和粘附剂，相比于现有的荷电纤维，操作过程简单方便，制备得到的荷正电微纳米纤维改性膜，比表面积大，通过掺杂金属氧化物与静电纺丝技术结合，提升了吸附能力，控制通量在合理的范围，跨膜压差低，相比于现有的荷电纤维膜，具有更好的性能，可以广泛应用于水处理中。

【技术实现步骤摘要】
一种荷正电微纳米纤维改性膜及其制备方法和应用
本专利技术属于膜分离领域，涉及一种荷正电微纳米纤维改性膜及其制备方法和应用。
技术介绍
目前市场上水处理领域，污染物的去除技术主要是采用纯粹的物理孔径拦截，如微滤膜、超滤膜、反渗透膜等膜的拦截。这些产品为了达到良好的去除性能，不可避免的存在通量低、压阻高等相应的缺陷。而荷电膜是一种携带正电荷的过滤材料，以孔径截留为基础，附加静电吸附功能，不仅可以去除水中的大分子杂质，还可以去除水中的细菌、病毒、胶体以及部分重金属和有机物等污染物，是一种多功能的滤材。与此同时，荷电膜水通量大，跨膜压降小，可应用于工业反渗透水处理前置，家用水壶滤芯，复合超滤滤芯等方面。金属氧化物纳米颗粒具有比表面积大，表面活性中心多，催化效率高，电学性质好等优点，广泛应用在催化剂、光电器件、气体传感器、功能复合材料等各个领域。CN111701466A公开了一种复合材料，采用荷负电纤维，特种带电粘结材料，粘结剂以及多尺度微纳米荷正电金属氧化物相结合的方式，制备了一种带正电的复合材料，能够通过电荷吸附去除水中带负电的污染物且去除效率高。CN111701339A同样公开了一种复合材料，同样采用荷正电复合材料、多孔荷正电金属氧化物颗粒或纤维、低熔点纤维、吸附材料以及功能性添加剂等相互结合，制备了多尺度荷正电复合滤材。其中荷负电纤维的质量百分比为20wt％～80wt％，特种带电粘结材料的质量百分比为1wt％～10wt％，粘结剂的质量百分比为0.1wt％～2wt％，多尺度微纳米荷正电金属氧化物的质量百分比为20wt％～70wt％。CN102078771B公开了一种纳米纤维膜，其制备采用以下步骤：①、制备网状陶瓷纤维骨架，②、在步骤①的骨架表面上采用水热法合成棒状或片状纳米颗粒，③、在步骤②的纳米颗粒上采用软模板沉淀法得到针状纳米纤维。但是目前的方法仍然存在一些缺陷，制备过程复杂，步骤多，需要添加其它助剂、粘附剂等物质。静电纺丝技术是一种能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法。当纤维直径从微米缩小至亚微米或纳米时，聚合物纤维与相应的材料相比，会表现出多种惊人的特性。静电纺丝纤维和传统的粗纤维相比，直径小了2-3个数量级，具有超高的比表面积和孔隙率，这赋予了静电纺纤维很多优良的性能。利用静电纺丝纳米纤维制备的水处理膜，具有通量大，吸附性能强的优势。因此，结合静电纺丝技术，如何开发一种性能更好的荷正电纤维改性膜，对于提升膜的性能具有重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种荷正电微纳米纤维改性膜及其制备方法和应用，以解决现有的膜需要额外助剂、吸附能力差、压差高的问题，达到提升膜性能的效果。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种荷正电微纳米纤维改性膜的制备方法，所述制备方法包括：将金属氧化物与高聚物混合配制成纺丝液，纺丝液通过静电纺丝过程制备出纤维改性膜后，将金属氧化物溶胶涂覆在纤维改性膜表面，得到所述荷正电微纳米纤维改性膜。本专利技术提供的荷正电微纳米纤维改性膜的制备方法，通过静电纺丝技术，将荷正电的微纳米级的金属氧化物颗粒，添加负载到纤维改性膜之间的过程，仅需配制相应的纺丝液，相比于现有的荷电纤维，无需添加其它任何助剂和粘附剂，操作过程简单方便。优选地，所述金属氧化物包括五氧化二钒、氧化钼、二氧化锰、二氧化钛、氧化铝、勃姆石、氧化锌、氧化铁或氧化铜中的一种或至少两种的组合。本专利技术金属氧化物包括但不限于上述所列的金属氧化物，还可以是其他可以荷正电的金属氧化物。优选为勃姆石。在本专利技术中金属氧化物这种微纳米颗粒，具有比表面积大、表面活性中心多、电学性质好等优点，用于静电纺丝形成的膜中，可有效吸附水体中微小颗粒及胶体。在本专利技术中，金属氧化物溶胶指的是金属氧化物在特定分散液中分散形成的均一稳定的胶体。此金属氧化物溶胶中的金属氧化物与纺丝液中的金属氧化物为同一种物质。其中分散液可以是本领域常规的溶剂等。优选地，所述高聚物包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、二醋酸纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚砜、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或芳砜纶中的一种或至少两种的组合。优选地，所述纺丝液的溶剂包括二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、丙酮或氯仿中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述静电纺丝过程包括接收底布。优选地，所述接收底布为聚二甲基丙烯酸甲酯(PET)。优选地，所述纺丝液的浓度为10％-30％，例如可以是10％、15％、20％、25％或30％等。纺丝液的浓度指的是纺丝液中高聚物所占的质量百分含量。优选地，所述纺丝液中金属氧化物的浓度为0.1％-5％，例如可以是0.1％、0.5％、1％、1.3％、1.5％、2％、2.3％、2.7％、3％、3.5％、3.8％、4％、4.2％、4.6％或5％等。在本专利技术中，纺丝液中的金属氧化物浓度对于纺丝过程影响较大，如果浓度过低，金属氧化物含量过少无法提升性能；而如果浓度过高会造成纺丝不稳定，而且超过5％，无法正常静电纺丝。优选地，所述金属氧化物溶胶的浓度为0.5％-10％，例如可以是0.5％、1％、1.3％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％等。金属氧化物溶胶的浓度指的是金属氧化物在分散液中的质量百分比。优选地，所述静电纺丝过程中，纺丝距离设置为15-25cm。例如可以是15cm、18cm、20cm、22cm、23cm或25cm等。优选地，纺丝电压为25kV。优选地，静电纺丝过程中环境温度为25-27℃，例如可以是25℃、26℃、27℃等。优选地，静电纺丝过程中环境的相对湿度为38％-42％，例如可以是38％、39％、40％、41％或42％等。优选地，金属氧化物溶胶涂覆在纤维改性膜表面之后，还包括烘干的步骤，得到所述荷正电微纳米纤维改性膜。在本专利技术中，烘干的具体过程，指的是纤维改性膜浸没在金属氧化物分散液中，经过涂覆，在一定温度下，金属氧化物溶胶凝胶化沉积在纤维改性膜表面的过程。优选地，烘干的温度为50-65℃，例如可以是50℃、53℃、55℃、58℃、60℃、62℃、63℃、65℃等，优选为60℃。优选地，烘干的时间为10-30min，例如可以是10min、12min、15min、16min、18min、20min、22min、25min、29min或30min等，优选为20min。第二方面，本专利技术提供了一种第一方面所述的制备方法制备得到的荷正电微纳米纤维改性膜。本专利技术提供的荷正电微纳米纤维改性膜，比表面积大，具有合理的通量，有利于吸附过程的进行，吸附能力强，相比于现有的荷电纤维膜，具有更好的性能。第三方面，本专利技术提供了一种荷正电微纳米纤维改性膜在制备水处理滤芯和工业反渗透水处理中的应用。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种荷正电微纳米纤维改性膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将金属氧化物与高聚物混合配制成纺丝液，纺丝液通过静电纺丝过程制备出纤维改性膜后，将金属氧化物溶胶涂覆在纤维改性膜表面，得到所述荷正电微纳米纤维改性膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种荷正电微纳米纤维改性膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将金属氧化物与高聚物混合配制成纺丝液，纺丝液通过静电纺丝过程制备出纤维改性膜后，将金属氧化物溶胶涂覆在纤维改性膜表面，得到所述荷正电微纳米纤维改性膜。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物包括五氧化二钒、氧化钼、二氧化锰、二氧化钛、氧化铝、勃姆石、氧化锌、氧化铁或氧化铜中的一种或至少两种的组合；优选为勃姆石。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述高聚物包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、二醋酸纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚砜、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或芳砜纶中的一种或至少两种的组合。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝液的溶剂包括二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮或氯仿中的任意一种或至少两种的组合。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝过程包括接收底布；
优选地，所述接收底布为聚二甲基丙烯酸甲酯。

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀芳，赵炯心，陈越成，柴明飞，
申请(专利权)人：上海洁晟环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31